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基于ProE的充电器后壳注塑模具设计,基于,ProE,充电器,注塑,模具设计
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39基于Pro/E的充电器后壳注塑模具设计序 言 模具是工业生产的重要工艺装备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本底等一系列优点。因此，模具工业在现代化生产中，是生产各中工业产品的重要工艺装备。随着社会经济的发展，各国都普遍意识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展有特别重要的意义。模具技术已成为衡量一个国家产品制造业水平的重要标志之一。模具工业极大地促进了工业产品生产的发展和质量的提高，获的了巨大的经济效益。近年来，随着塑料工业的飞速发展，塑料成型模具增长十分迅速。高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大，塑模具的地位也越来越重要，因此，对模具设计人员的要求也越来越高，已由传统的平面设计转向计算机辅助和三维设计，设计周期也越来越短。 因此现代工业产品的发展对模具的要求也在不断的提高。模具需求量更大，种类更多，性能和精度更高，结构和工作条件更复杂，工作温度更高，寿命也要求更长。如何实现这样的发展要求，从加工方面就是实现快速加工，发展简易模具，改善模具用钢，发展专业化生产等。在设计层面上，就是利用优秀的设计软件，像Pro/E、UG、CATIA等专业设计软件设计模具，并通过Mold flow等专业分析软件对制件在设计模具前就把所要注意的事项分析出来，做到尽量将模具缺陷在模具制造之前得以解决，从而使模具设计及制造能够快速完成。在这次毕业设计中，我选择了收音机前盖的产品，对其进行了制件的设计、模具的设计以及模流分析等一系列工作。我利用Pro/E软件完成制件的3D造型及模具设计，能比较容易地解决2D图中难以解决的难题，并能从加工工艺上上能比较全面的考虑，可以更全面地改善其加工可行性，在这次设计中还使用了moldflow对制件进行分析，从而能在设计中比较全面地考虑理论上的特点加以适当的改进，使设计结合理论上的浇注系统、冷却系统等影响制件质量的因素，是设计工艺更合理化。多项合理化的选择，大大降低了设计周期、生产周期，产品的高技术含量也越来越高。适应了市场的需求。1 塑料的选用1.1 塑件材料的选择 根据塑件的使用性能,颜色及透明度.由于本塑件是壳体，所以应具有一定的强度和硬度，而又对人体无伤害，因此综合考虑应选ABS塑料。 1.2 ABS塑料ABS塑料是丙烯、丁二烯、和苯乙烯三种单体的三元共聚物，具有优良的综合性能，价格便宜。ABS是微黄色或白色不透明粒料，无毒无味。1.3 ABS塑料的特性a) ABS塑料具有良好的综合物理力学性能，耐热、耐腐、耐油、耐磨、尺寸稳定、加工性能优良。用于不受冲击的透明仪器，仪表外壳、罩体、生活用品等。适用于制作一般的机械零件、减摩耐磨零件、传动零件和电信结构件b) ABS塑料是淡黄色、不透明、非结晶塑料，密度1.031.07g/cm3。 c) ABS具有良好的电性能可以作为要求不很苛刻的电绝缘性能使用；d)ABS具有良好的耐化学试剂性，除了浓的氧化性酸之外，对各种酸、碱、盐类都比较稳定；由于该制件为充电器后壳，对电性能要求较高，耐化学试剂性也应优良，综合考虑制件的结构特点，选用ABS比较合理。1.4 ABS塑料的成型特性a) ABS是无定形聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，随所含三种单体比例不同，在160190范围即具有充分的流动性，且热稳定性较好，在约285时才出现分解现象，因此加工温度范围较宽。b) ABS具有较明显的非牛顿性，提高成型压力可以使熔体粘度明显减小，粘度随温度升高也会明显下降。c) ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯，吸水率约在0.2%0.45%之间，但由于熔体粘度不太高，故对要求不太高的制品，可以不经干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。在8090下干燥23h，可以各种成型要求。d) ABS具有较小的成型收缩率，收缩率变化最大范围约为0.3%0.8%，在多数情况下，其变化小于该范围。注塑是ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机，但更常用螺杆式注塑机，后者更适于形状复杂制品、大型制品成型。1.5 ABS塑料的工艺参数查阅塑料橡胶成型模具设计手册表1-1 ABS的主要参数高强度中冲击超高冲击收缩率/%0.40.7%0.50.7%相对密度1.07g/ cm31.05 g/cm3拉伸强度/MPa6335伸长率/%00弯曲强度/（MPa）9762拉伸弹性模量/GPa2.91.8弯曲弹性模量/ GPa3.01.8硬度（洛氏）R121R100热变形温度/oC1.88MPa89870.46MPa9896脆化温度/oC00线性膨胀系数/10-5/ oC7.010.02 对塑件设计的原则和要求塑料制件主要是根据使用要求进行设计，由于塑件有特殊的机械性能，因此设计塑件时必须充分发挥其性能上的优点，补偿其缺点，在满足使用要求的前提下，塑件的形状尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺特点，在设计时必须考虑：a）塑件的物理机械性能，如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性等；b）塑料的成型工艺性，如流动性；c）塑料形状应有利于充模流动、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化（热塑性塑料）或快速受热固化（热固性塑料）；d）塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异；e）模具零件的形状及制造工艺。除此之外，还应考虑塑件设计原则：在满足性能和使用条件下，尽可能使结构简单、壁厚均匀、连接可靠、安装使用方便；结构合理，用简单的加工方法就能完成模具的制作；减小成型加工后的辅助加工。 3 制件图 图3-1 制件图 图3-2 制件图 3.1 制件的体积 根据Pro/E求得：体积 = 0.8543 3.2 制件的质量由于此塑料的密度为1.05g/ cm3，所以由质量m=v=1.05g/ cm30.8543=8.970g浇注系统的质量=0.8m=0.88.970g=7.176g 按设计要求一模两腔，所以总质量M=2m+=28.970+7.176=25.116g. 因此可以确定注射机最小注射量为M/80%=31.395g.3.3 选择注塑机 设计模具时，应详细地了解注射机的技术规范，才能设计出合乎要求的模具，应了解的技术规范有：注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。由最小注塑量m=31.395g，又考虑到实际生产中的问题，所以选XS-Z-60。 型号为XS-Z-60型的注射机的主要技术参数规格：表 3-1 注塑机的主要参数理论注射容积/ cm360模板最大行程/ mm180螺杆直径/mm38最大模具厚度/ mm200注射压力/MPa122最小模具厚度/ mm70锁模力/KN500喷嘴球半径/ mm10拉杆内向距/mm300190喷嘴口直径/ mm44 注射机有关工艺参数的校核4.1 最大注射量的校核选用螺杆式注射机，其最大注射能力通常以螺杆在料筒内最大推进容积(cm3)表示，因此最大注射量就是该体积的塑料熔体在料筒内的温度及压力下的重量。注射机最大注射量与G1与额定注射量G的换算关系为： G1=G （4-1） 式中： G1注射机最大注射容积，cm3G注射注射机额定注射量，cm3待加工塑料密度，g/ cm3成型所需要的注射总量应小于所选注射机最大注射量的80%，即： G180%M 或G80%MM塑件加浇注系统凝料的总质量G80%=80%=47.547g一次注射和浇注系统重量为M=25.116g Gmax=47.547 g 25.116g，校核合格。4.2 注射压力的校核 注射压力是指注射机实际允许使用的最大注射压力，应该大于塑件成形时所需的注射压力，所以： （0.75 0.9） （4-2）式中： 注塑机额定最大注射压力； 模具成形时需要的注射压力；部分塑料的注射压力可参考下表： 表4-1 塑料的注射压力易流动的厚壁制品 中等流动程度的一般制品难流动的薄壁窄浇口制品 70100MPa 100120 MPa 120150 MPa ABS该制品属于易流动程度的一般制品，注射压力为70100 MPa 所以有（0.75 0.9）P1=（0.75 0.9）122=91.5109.870100MPa 校核合格。 4.3 锁模力的校核 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔内熔料的压力之积称为锁模力。应大于模具在分型面上所需要的锁模力，否则，模具在分型面上容易被高压熔融塑料涨开，型腔内塑料压力，按下式计算：F 0.1PA （4-3） 式中： F 注射机的额定锁模力 KN；P 模具型腔压力 MPa;A 塑件与浇注系统在分型面上的投影总参考塑料橡胶成型模具设计手册得：P常取2040MPa.投影面积A算得55mm2。代入上式得：F=5000.1(2040)55=110220校核合格。4.4 开模行程和顶出装置的校核开模行程也叫合模行程,指模具开合过程中动模固定板的移动距离,用符号S表示，取出制件的开模距离必须小于注射机的最大开模距离。对于带有液压-机械联合作用的锁模机构,开模行程由连杆机构的冲程或其它机构的冲程所确定,其最大值与冲程的调节量有关,不受模具厚度影响。对于双分型面注射模: mm （4-4） 式中：-制品所需的脱模距离（顶出距离），mm -制品高度,mma-取出浇注系统凝料必须的长度，mm。 所以S=9+11+30+(510)=5560SSmax=180mm所以所选注塑机合格。4.5 模具安装尺寸的校核为了注射模能顺利安装在注射机上,并生产出合格的塑料制品,设计模具时必须校验注射机上与模具安装有关的尺寸,因为不同型号和尺寸的注射机,其安装模具部位的形状和尺寸各不相同。下面分别对喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具厚度以及模板上的螺孔尺寸等进行校核。4.5.1 喷嘴尺寸注射机喷嘴头的球面半径R1与模具主流道始端的球面半径R2必须吻合,以放止高压塑料熔体从缝隙中溢出。一般R2应比喷嘴头半径R1大12,否则主流道内的凝料无法脱出。4.5.2 定位圈尺寸为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线配合，注射机固定模板上设有定位孔，模具定模板上设计有凸出的与主流道同心的定位圈，定位孔与定位圈之间成较松动的间隙配合，定位圈高度取13mm。4.5.3 螺孔尺寸动模和定模固定板上的螺孔尺寸应分别与注射机动模板和定模板上的螺孔尺寸相适合, 模具常用的安装方法有螺钉直接固定和压板固定两种, 螺钉或压板数目常为24个。当用螺钉直接固定时, 模具固定板与注射机上的螺孔应完全吻合,而用压板固定时,只要在模具固定板附近有螺孔就可以了,因此,压板固定有较大的灵活性。4.5.4 模具厚度注射模的动、定模闭合后,沿闭合方向的长度叫做模具厚度或称模具闭合高度。由于注射机的动模和定模固定板之间的距离都具有一定的调节量h,因此,对安装使用的模具厚度有一定的限制。一般情况下,实际模具厚度Hm必须在注射机允许安装的最大厚度Hmax及最小厚度Hmin之间。即:HminHmHmax其中 Hmax=Hminh 若 HmHmin ，并无其它合用的注射机时,可用加设垫板的方法增大厚度。设垫板厚度为H，使HHmHmin，以达到合模要求。若HHmax ，就只能重新设计模具厚度或更换注射机，以满足合模要求。5 基本方案的确定为了加工方便，由于充电器后盖的模具属于精密模具，为了保证能够有足够的精度，保证产品的外观质量、保证型腔沿分型面分开的两半在合模时的对中性，高精度性，我把凸凹模设计成整体嵌入的方式，在装配中采用过盈配合和螺钉固定的形式，在某些结构复杂以及有特殊要求的地方，采用镶块的设计。由于模架的标准化，模架我们可以直接购买，我们只需加工模具型腔以及成型部分（模仁）和顶出机构（斜销和各种异形顶针），这样可以大大的缩短生产周期，降低生产成本，提高企业竞争力。5.1型腔数目的型确定根据设计要求选一模两腔。5.2分型面的选择分型面为定模与动模的分界面，合理的选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。选择分型面时，应从以下几个方面考虑：a)塑件在开模后留在动模上。b)分型面上的痕迹不影响塑件的外观。c)浇注系统，特别是浇口能合理的安排。d)使推杆痕迹不留在塑件外观表面上。e)使塑件易于脱模。f)分型面的位置必须开设在制件断面轮廓最大的地方，才能使制件顺利地从型腔中脱出。5.3排气槽的设计当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体，使蒸汽不能顺利地排出，将在制品上形成气孔,接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时还会因气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生痕迹，而且型腔内气体被压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量（特别在高速注射时）。因此设计型腔时必须考虑排气问题。本模具采用分型面排气及推杆的运动间隙来排气可满足要求，这样设计可以减少加工成本，减少一些不必要的工时，提高了工作效率。5.4 浇注系统的设计浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件的质量关系极大。5.4.1 对浇注系统的要求浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。它由主流道，分流道，浇口，冷料井等结构组成，由浇口衬套、中心推杆、推杆等组成。浇注系统的设计内容包括：根据塑件大小和开关进行流道布置、决定流道断面尺寸、对浇口的数量、位置、形式、进行优化。因此它应能够顺利引导熔体迅速有序的充满型腔，获得外观清晰，质量优良的塑件，这就使得浇注系统必须具备以下要求。a)对型腔迅速有序的填充；b)能同时充满整个型腔；c)应尽可能的消耗较少的原料；d)对热量和压力的损失少；e)能够使型腔顺利的排气；f)浇道凝料容易与塑件分离或切除；g)浇口痕迹对塑件的外观的影响较小；h)冷料不会进入型腔。5.5 主流道的设计主流道指喷嘴出口起到分流道入口处止的一段，与喷嘴在一轴线上，料流方向不改变。其设计应遵循以下原则：a)主流道呈圆锥形，一般在26的锥角，此设计取=4，主流道带锥度是为了使凝料从主流道中拔出；b)径向尺寸：主流道径向尺寸的小端直径应大于喷嘴口径0.51.0mm,所以主流道小端的径向尺寸取4.5mm，这样，当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉出。c)凹模球面半径R 应比喷嘴球径R大12mm,可保证在注射过程中，喷嘴与模具紧密接触，防止两球面间产生间隙使熔体充入间隙中而妨碍主流道凝料顺利从定模拉出，此设计取凹模球面半径10mm。d)流道内壁有Ra1.6以上的光洁度。e)主流道要求耐高温和摩擦，要求设计成可拆卸的衬套，以便选用优质材料单独加工和热处理。f)衬套大端高出定模端面 510mm ，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位作用。g)主流道衬套与塑料接触面较大时，由于腔体内反压力的作用使衬套易从模具中退出，可设计定住 。h)直角式注射机中，主流道设计在分型面上，不需沿轴线上拔出凝料可设计成粗的圆柱形。5.6主流道尺寸 a) 主流道设计成圆锥形，其锥度为3，内壁粗糙度为Ra0.4um；b) 凹坑球半径r2r1+（12）mm 取r2=12mm;其小端直径Dd+（0.51）mm 取D4.5mm;凹坑深度取4mmc) 末端设计为锥形冷料井。5.7 主流道衬套和定位环主流道衬套如图下图所示，衬套与定模之间的配合采用H7/m6 图 5-1 流道衬套将主流道衬套与定位环分开设计、定位环与注射机定模固定板中心定位孔相配合,其配合精度为，如图下图所示： 图5-2 定位环5.8 分流道的设计分流道指从主流道来的塑料沿分型面引入各个型腔的那一段流道，因此它开设在分型面上。分流道的断面可以呈圆形、六边形、半圆形、梯形、矩形、U形等。比较几种断面的优缺点：a) 圆形分流道比面积小，故热量散失小，阴力亦小，但加工困难，费用较高。b) 正六边形分流道 优点同上，其比表面积略大于圆形分流道，但加工稍易。c) 梯形断面分流道 由于这种流道，只切削加工在一个模板上，节省机械加工费用，且热量损失阻力均不太大，故非常常用。此外还应该考虑以下几个方面的因素。 a)塑料沿分流道流动时，要求通过它尽快的充满型腔，流动中温度降低尽可能小，阻力尽可能低，同时，应能将塑料熔体均衡的分配到各个型腔。 b)分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从减少浇注系统的回料量、压力损失和热量的要求出发，应力求短，但不能过粗，过粗的分流道冷却缓慢，还会增长模塑周期。 c)分流道的断面面积应尽可能保证型腔充满并补充因型腔内塑料收缩所需的熔体后方可冷却凝固，因此，分流道断面直径或厚度应大于塑件壁厚。 d)断面形状，实际设计中所采用的分流道断面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，从使用观点来看，常用梯形分流道和U型分流道，此设计选用半圆形分流道。5.9 浇口的设计 浇口的主要作用有如下几点： a)熔体充模后,首先浇口处凝固,当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。b)熔体在流经狭窄的浇口时会产生磨擦热,使 熔体升温,有助于充模。c)易于切除浇口尾料。d)对于多型腔模具,浇口能用来平衡进料.对于多浇口的单型腔模具,浇口除了能用来平衡进料外,还能用以控制熔接痕在制品中的位置。浇口是浇注系统的关键部分，浇口的形状和尺寸对塑件质量影响很大，浇口在多数情况下，系整个流道中断面尺寸最小的部分，浇口的断面积与分流道断面积之比约为0.030.09，选用点浇口。 其尺寸如下所示：表5-1 浇口尺寸壁厚（mm）浇口宽（mm）浇口深（mm）浇口长（mm） 1.50.52mm1.515mm0.72.0mm取值 1.5mm 2mm 1.5mm 此设计选用点浇进料。5.10 冷却井的设计冷料井在主流道正对面的动模上，直径宜稍大于主流道大端直径，以利于冷料流入，冷料井底部常做成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料井兼有分模时将主流道凝料从流道中拉出附在动模边的作用。此设计选用凹坑拉以脱出主流道凝料中的凝料。5.11 导向、定位机构的概述 注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向.定位机构分模外定位和模内定位.模外定位是通过定位圈使 模具易于在注射机上安装以及模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位.而模内定位则通过锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。 导向定位机构的作用：a）定位作用 为避免模具在装配时，因方向搞错而损坏成型零件，并在模具闭合后，使型腔在工作过程中能保持正确形状和位置，确保塑件壁厚的均匀性。b）导向作用 动定模合模时按导向机构的引导，使动定模沿准确方向和位置闭合，避免凸模进入凹模时因方位搞错而损坏模具或因定位不准而相互碰伤。c）承受一定侧压力 高压塑料熔体注入型腔时会产生单向侧压力，需由合模导向机构来承担。为了使动定模之间精确定位，保证制件壁厚均匀同时增加模具刚度。本模具用了圆锥定位件。5.12脱模机构的设计 使塑件从模具上脱出来的机构称脱模机构或称顶出机构；脱模机构的动作方向与模具的开模方向是一致的。要求脱模时塑件不变形，不损坏，顶件位置位于制件不明显处。因此脱模机构应遵循以下原则：a)尽可能使制品滞留在动模一侧,以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。b)防止制品变形或损坏，正确分析制品对型腔的粘附力大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模机构，使推出重心与脱模阻力中心相重合。由于制品在收缩时包紧型芯，同时推出力应旋于制品刚度和强度最大的部位，推顶面积也应尽可能大一些，以防止制品变形或损坏。c)力求良好的制品外观，在选择扒出位置时，应昼选择制品的内部或对制品外观影响不大的部位。d)结构合理运动可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，推杆应具有足够的强度和刚度。5.12.1 结构设计本模具采用推杆脱模结构，因为采用推杆脱模结构。所以应使塑件留于动模，这样可以利用模具的开模运动来实现脱模。且使塑件不变形损坏且有良好的外观。结构请见装配图。5.12.2 脱模力的计算塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力，由于此制件是薄壁塑件，因此脱模力可用下式计算： （5-1） 式中： K注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；脱模系数，即在脱模温度下塑件与型心表面之间的静摩擦系数，它受塑料熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响； 塑料的线膨胀系数（1/）； E在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量（MPa）； 塑料的软化温度（）；脱模时塑件的温度（）；T制件高度（mm）H型心脱模方向的高度（mm）。 由于材料为ABS，因此参考塑料模具设计指导可确定其参数如下： 表 5-2塑料名称/（/）E/(MPa)ABS0.350.559010850707101.82.6因此取=0.5，=9，E=2.4，=99，=60，t=2mm，h=10mm.所以，可得脱模力：=80870.4N注射机锁模力为500KN，故符合。5.13 复位机构脱模机构在完成塑件模后，顶杆伸出型腔，需复位才可进行下一次注射程序。本模具采用复位杆（12.5），和复位弹簧共借助模具的闭合动作使推出机构复位。5.14 侧向分型与抽芯机构 当注射成型侧壁移动带有孔、凹穴、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的零件就必须制成侧向移动的零件，称为活动型芯，在塑件脱模前先将活动型芯抽出，否则就无法脱模。带活动型芯作侧向移动（抽拔与复位）的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。5.14.1 侧向分型与抽芯机构的分类 根据动力来源不同，侧向分型与抽芯机构一般可分为机动、液压（液动）或气动三大类型。选择机动侧向分型与抽芯机构，这类机构是利用注射开模力作为动力，通过有关传动零件（如斜导柱），使力作用于侧向成型零件而将模具侧向分型或把活动型芯从塑料制件中抽出，合模时又靠它使侧向成型零件复位。这类机构虽然结构比较复杂，但分型与抽芯不用手工操作，生产率高，在生产中应用最为广泛。根据传动零件的不同，这类机构可分为斜导柱、弯销、斜导槽、斜滑块和齿轮条等不同的类型的侧向分型与抽芯机构，其中斜导柱侧向分型与抽芯机构最为常用。5.14.2 抽芯距与抽芯（拔）力的计算a)将侧向型芯从成形位置抽至不妨碍塑件的脱模位置所移动的距离称为抽芯距，用S表示。一般情况下，侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔，侧凹的深度或侧向凸台的高度在23mm，但在某些特殊的情况下，当侧型芯或侧型腔从塑件中虽已脱出，但仍阻碍塑件脱模时，就不能简单地使用这种方法确定抽芯距离。图示如下：图 5-3抽拔距 (5-2)侧成型零件成型位置与不妨碍塑件轴向推出之极限相关点间的距离,一般情况下，就是侧孔深度，为2mm。则S=2+（23）=45mm，取5mm。b)侧向抽芯（拔）力F的估算 （5-3）式中：L侧型芯成型部分的截面平均周长 mm，2(1+3)=8mm。 侧型芯成型部分的高度mm，为1mm。塑件对侧型芯的包紧力，一般情况下模内冷却的塑件脱模时取p=810Mpa，模外冷却塑件p=2.43.9Mpa；制件为模内冷却，取p=10Mpa塑料在热状态时对钢的摩擦系数，根据塑料注射成型工艺及模具表5-20查得为，取0.5侧型芯的脱模斜度，一般在3。则17.88N。5.14.3 斜导柱侧向分型抽芯机构该机构的机构紧凑，动作可靠，加工制造方便，广泛应用于抽拔距和抽拔力不太大的场合，特别是塑件外侧抽芯的场合。斜导柱侧向分型抽芯机构的结构组成要素有：斜导柱、侧滑块、导滑槽、楔紧块及侧滑块的定位装置。开模时，斜导柱借助于开模力，在导滑槽的导向与制约下，驱动或带动侧滑块完成侧抽芯；抽拔终了时由定位装置来确保侧滑块的位置在下次合模前不发生改变；合模时，楔紧块借助于合模力驱动侧滑块沿着导滑槽的导轨方向运动完成复位。在注塑充模时，楔紧块对侧滑块实施锁紧，以保证型腔精度。侧抽芯滑块的滑动行程由开模行程、斜导柱的安装倾角及其工作长度来决定。(1) 斜导柱设计斜导柱的结构形式如图示。材料一般为T8、T10，也可用20钢以渗碳处理，热处图 5-4理硬度5560HRC；斜导柱与模板固定孔间的配合采用H7/m6，与滑块导滑孔间的采用H11/b11的间隙配合。或采用0.51mm的双边间隙值，当要求滑块运动滞后于开模运动时，可采用23mm的双边间隙值。a)斜导柱的安装倾角 一般在，取。b)斜导柱的截面尺寸 根据斜导柱在开模过程中所受最大弯曲应力小于材料的许用应力为依据进行截面尺寸的计算。初选斜导柱直径为10mm，针对圆形截面斜导柱直径 （5-4）式中斜导柱材料的许用应力，一般为45钢，为355Mpa.N垂直作用在斜导柱上的弯曲力，N。垂直作用在斜导柱上的弯曲力N的计算如下：当抽拔方向垂直于开模方向时： （5-5）F侧抽芯力，N钢材之间的摩擦系数，通常取0.15。则。求斜导柱直径d时，其中L4。，满足抽拔力要求。c)斜导柱的长度及完成侧抽芯所需的开模行程H的计算如图所示，斜导柱长度的计算公式为 （5-6）式中斜导柱轴线与主开合模方向的夹角锥台长度，可取或取取为8。D=d+5=10+5=15mm。为模架动模板的厚度，为25 则。(2) 侧滑块与导滑槽设计滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一个重要零部件，它上面安装有侧向型芯或侧向成形块，注射成形时塑件尺寸的准确性和移动的可靠性都需要靠它的运动精度保证。a)侧滑块的结构设计 侧滑块分整体式与组合式。整体式是将成型部分与滑动部分做在一个整体材料上，适用于形状简单的侧向成型零件及瓣合模；组合式是将成型部分与滑动部分靠一定的连接方式装配在一起，这样可节约优质模具钢材，且加工方便，故应用广泛，特别是在大型的侧向结构中。因制件形状复杂，选择组合式侧滑块。侧滑块与侧型芯的组合形式如图示。b)侧滑块结构尺寸 侧滑块上斜导孔的直径与倾角应保证能与斜导柱实现的间隙配合。侧滑块长度L约为侧滑块宽度B的1.5倍，侧滑块高H约不滑块宽的2/3。c)滑块的导滑形式 在一些模塑制品数量大，要求模具寿命长、导滑精度要求高的场合一，常采用自润滑导轨与自润滑在模板上进行组装而构成导滑空间。 滑块与导滑槽的配合形式滑块与导滑槽滑配面的配合精度一般采用或，其余各对应面间均留的间隙。(3) 楔紧块的的设计a)楔紧块的形式 在注射成形过程中，侧向成形零件受到熔融塑料很大的推力作用，这个力通过滑块传给斜导柱，而一般的斜导柱为一细长杆件，受力后容易变形，导致滑块后移，因此必须设置楔紧块，以便在合模后锁住滑块，承受熔融塑料给予侧向成形零件的推力。b)锁紧角的选择 楔紧块的工作部分是斜面，其锁紧角。为了保证斜面能在合模时压紧滑块，而在开模时又能迅速脱离滑块，以避免楔紧块影响导柱对滑块的驱动，锁紧角一般都应比斜导柱倾斜角大一些。(4) 滑块定位装置设计 滑块定位装置在开模过程中用来保证滑块停留在刚刚脱离斜导柱的位置，不再发生任何移动，以避免合模时斜导柱不能准确地插进斜导孔内，造成模具损坏。在设计滑块的定位装置时，应根据模具的结构和滑块所在的不同位置选用不同的形式。在这里选择弹簧拉杆挡块式定位装置。6 成型零件的设计 由于模具型腔在塑料成型的过程中受到塑料熔体高温、高压的作用。其应具有足够的强度和刚度。理论分析及实践证明，中小型模具的破坏以强度不足为主。大型的模具的破坏则以刚度不足为主要原因。因此在模具设计过程中，中小型模具应以保证其强度为主，而大型模具则以保证其刚度为主，本模具从尺寸上来看，该模具应该属于中小型模具，在设计过程中必须保证其刚度。 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型心的径向尺寸、型腔的深度尺寸和型心的高度尺寸、型心和型心之间的尺寸等。ABS塑料的成型收缩率 ()为0.40.7，一般精度为MT3，对应模具精度为T10由平均收缩率计算尺寸：型腔径向尺寸：型心径向尺寸：型腔深度尺寸：型心高度尺寸：其中： Scp-平均收缩率；-注射零件标准尺寸公差；-模具制造公差，一般取=1/31/6根据互换性表1-8得公差，制件尺寸如下：D1=65+0.12mm D2=40+0.10mm d1=61-0.12mm d2=38.28-0.10mmH= 11+0.07mm h=9-0.058mm所以：1.型腔径向尺寸：长度D1= 65.27+0.04mm。 宽度D2=40.15+0.03mm。 型腔深度尺寸：H= =11.01+0.02mm。 2.型芯径向尺寸：长度d1=-0.04= 61.43-0.04mm。 宽度d2=-0.03=38.28-0.03mm。 型芯高度尺寸：h= -0.02=9.088-0.02mm。7 型腔壁厚及垫板厚度计算7.1 型腔壁厚及底厚度的计算 型腔应有足够的壁厚以承受塑料熔体的高压，如壁厚不够，可表现为刚度不足，即产生过大的弹性变形，也可表现为强度不足，即型腔发生塑变甚至破坏。 此设计的制件的形状比较简单，即模具的型腔可选用整体式，其特点是牢固，不易变形。巨型凹模侧壁厚度及底厚度可按下列公式计算：（1）侧壁厚度: （7-1）其中： P型腔内塑料压力，取P =30MPaH塑件高度最大尺寸 凹模钢材的允许应力（N/cm2），查塑料橡胶成型模具设计手册得=355Mpa所以 S= （2）整体矩形凹模底厚度计算： h= （7-2）其中： L1制件最大尺寸B模架宽度 P型腔内塑料压力 凹模钢材的允许应力（N/cm2），查塑料橡胶成型模具设计手册得=355Mpa所以 图7-1 矩形凹模7.2 型芯板厚度的计算 如下图所示，型心由支撑板支撑，而支撑板又由两端的垫块支撑。支撑板受成型压力（型腔内压力）要产生弯曲。当弯曲量增大时，则成型件的厚度也要发生变化，在分型面处就会出现毛边。因此，不允许此变形量增大。所以垫板最小厚度h可按下列公式计算： h= （7-3）其中： h动模垫板的厚度（mm）P型腔内塑料压力，取值为30MPaL垫板长度方向上的跨度，此设计取124mmB垫板在长度方向上的长度，值为250mmb承受成型压力的宽度，此设计取100mmE钢材的弹性模量，值为2.1MPa垫板允许的最大变形量，值取为所以：h= 19.84mm查手册取标准值20mm。 8 模架的选择 根据型腔的布置及型腔嵌件分布尺寸为65130，又根据壁厚最小为3mm，再考虑到导柱导套及连接螺钉布置等各方面问题，初选200L=200250。各模板尺寸确定如下： (1) A板（型腔板）的尺寸 A板为型腔板，塑件高11mm，上面要设计分流道，还有可能要开冷却水道等，因此初步取A板厚度为32mm。 (2) B板 凸模成型部分高度为10mm，又考虑设置冷却水管，所以取其厚度为20mm。 (3) C垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板+(510)=51.556.5，因此取63mm。 所以模架总厚度为2+A+B+C=225+32+20+20+63=190mm。 模架板面为200250，模架结构形式为PII，标准模架。其外形尺寸为： 宽长高=200250190，模具平面尺寸200250190300（拉杆间距）， 所以合格；所选模架如下图所示：图8-1 模架图9 冷却系统的计算 对于大多数中小型模具的水冷却系统，必须计算冷却传热面积，确定冷却水温度和流量。 为了提高冷却效率和争取型腔表面温度的均匀与稳定，在系统的综合设计中应遵循生产中的约定准则，在管道回路布置中，还需要进一部考虑型腔的形状和尺寸，并使加工方便和密封效果良好。(1) 计算冷却水的体积流量，相应的管径及水速查塑料模具设计师指南表4.91得ABS的常用塑料熔体凝固时放出热焓量由下式计算冷却水流量VV=0.398 （9-1）其中： 每小时注射的塑料量，取30 模具的出水温度，取26 模具的进水温度，取20所以 V=0.398=0.00697 由此查表4.9-2取m,代入下式 (2) 计算所需冷却面积及孔数以平均温度=23查表4.9-3得=7.93 由下式计算冷却水的管壁传热系数 （9-2） 用下式计算冷却面积： （9-3）由下式得管道L=250mm的管数为： （9-4）所以圆整后取长250mm的孔径8mm的圆管道2根。10 模具材料的选择(1) 择模具的材料应按其用途而定，对成型材料的零件应考虑以下几点要求：a) 械加工性能良好所选钢材应易于切削，加工后能得到高精度零件的钢种。b) 光性能优良 即对注塑模成形零件工作表面多需抛光达到镜面，要求钢材硬度的范围在35-50HRC为宜。过硬会抛光困难。 c) 耐磨性和抗疲劳性能好 注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热交的应力作用。一般的高碳合金钢，可经热处理获得高硬度，但韧性差，易形成表面裂纹，不宜选用为注射模的成形零件。d) 具有耐腐蚀性 对有些塑料品种，如聚氯乙烯和阻燃性塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。 (2) 根据上述要求选择模具各个成型部分的材料：a) 公母模仁：材料：40Cr，热处理规范为：淬火温度10001050。塑性及韧性较H13好，但高温强度、硬度及抗回火稳定性较H13差一些。加工工艺过程：下料锻造球化退火粗精加工淬火加低温回火精磨。b) 模板：材料：P20，预硬HRC28-32，淬火温度800840，加工工艺过程：下料锻造正火粗加工调质精加工表面淬火低温回火精磨。c) 导柱、导套、浇口套、定位圈：材料：T8A,淬火加低温回火HRC5565加工工艺过程：下料锻造球化退火粗精加工淬火加低温回火精磨。注意：球化退火，加热至760780保温后冷却至700，在保温3h以上，就可缓冷至500以下出炉；淬火加低温回火：淬火温度为780低温回火温度为180200,回火后组织为回火马氏体加渗碳体，硬度HRC62d)滑块座：材料：45钢 淬火温度9501050。淬火后有较高硬度、耐蚀性和抛光性。加工工艺过程：下料锻造正火机加工调质精加工高频淬火、低温回火精磨e) 模脚，顶出杆，支撑柱：材料：S55C(日本)，相当国内牌号55。淬透性较差，但材料切削加工性能较好，价格低廉。淬火温度800870。f.) 顶针，斜导柱材料：SKH51(日本)，相当国内牌号4Cr5MoSiV1或者 SWG8407。具有良好耐热性，抗热疲劳性能及耐液态金属冲蚀性能，高淬透性，优良综合力学性能，较高的抗回火稳定性。淬火温1020105011 基于moldflow的模流分析11.1 在实际浇口下的流动分析如图下图所示，最佳浇口区域为蓝色所注区域，通过分析，还可以得到最佳浇口点在N2480位置。而实际浇口位置应根据制件的结构特点，综合考虑其结构工艺行和可行性。图11-1 最佳浇口位置图 该制件可以浇口的形式可以采用：点浇口、潜伏式浇口、侧浇口几种。但由于设计要求及综合考虑该制件结构和加工工艺性，采用点浇口比较合理，考虑该制件的结构，从不重要的部位进浇。(1) 充填时间 从下图可以看出，该制件在1.384s完全充满，也就是下端的蓝色区域，上表面红色区域为最后充满。图11-2 充填时间图(2) 注射位置处压力：XY图图11-3 注射位置处压力图(3) 顶出时的体积收缩率如下图所示： 从图中可以看出此收缩率较小，基本小于6%。 图11-4 顶出时的体积收缩率图(4）气泡分布该制件由于孔和凸台较多，气泡分布也不均匀，从下图可以看出，在制件前端处分布较多，因此应考虑排气情况，在此设计中，采用了许多推杆和小型心，能满足排气要求。 图11-5 气泡分布图(5) 熔接痕分布 该制件结构较为复杂，其熔接痕分布不均匀，靠边缘处分布较多，在凸台处分布也比较广。图11-6 熔接痕分布图11.2 填充分析(1) 速度/压力切换时的压力图如下所示： 图11-7 速度/压力切换时的压力图(2) 锁模力XY图：图11-8 锁模力XY图(3) 壁上剪切应力图11-9 壁上剪切应力图11.3 冷却分析(1) 闭环水路温度分布从图上可以清晰看出，该制件在长度方向上的温度范围分布比较均匀，最高温度25.27，分布在水路的出水口部位，在进水口温度最低，转角处温度有所变化，其它部位变化不是太大。图11-10 回路冷却介质温度图(2) 制品冻结时间图 从下图可以看出，制品的冻结时间基本上在21.92s内，因此此冷却回路效果还比较好。图11-11 冻结时间图(3) 制品上最高温度点从下图可以明显的看出，几个凸起的部位冷却效果比较差，不过此几出面积很小，不会影响整个制件的冷却效果。图11-12 制品最高温度图(4) 制品的温度曲线：图11-13 温度曲线图(5) 回路热去除效率 从下图可以看出此回路热去除效率在0.7721到1.000之间，基本上还比较高，满足此制件的成型。图11-14 回路热去除效率图11.4 翘曲分析 (1) 制件整体翘曲如下图所示，可以看出制件周围翘曲较大图11-15 制品变形图(2) X方向的变形图11-16 X方向的变形图(3) Y方向的变形图11-17 Y方向的变形图(4) Z方向的变形 图11-18 Z方向的变形图通过上面对制件在实际浇口下的流动性分析、填充分析、冷却性分析，可以得出：采用本设计方案能保证制件的成型要求，理论上采用单侧进浇会造成流料流动分布不均衡，综合考
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